Файл: Князев А.Д. Элементы теории надежности радиоэлектронной аппаратуры учеб. пособие.pdf

ристик износа и старения элементов устройства. Если изде­ лие обладает хорошей ремонтопригодностью и замена его изношенных элементов осуществляется проверенными и приработанными элементами, то практически в эксплуата­ ции можно обеспечить высокую живучесть изделия, рас­ считанного на многократное использование. И наоборот, неудовлетворительная ремонтопригодность изделия, непра­ вильное профилактическое обслуживание и некачественный ремонт в период эксплуатации значительно увеличивает вероятность отказов изделия. Это особенно справедливо в отношении сложных изделий, состоящих из большого числа элементов, отказ одного из которых приводит к отказу из­ делия в целом.

В процессе эксплуатации существенное значение имеют субъективные факторы, т. е. степень квалификации обслу­ живающего персонала и уровень организации эксплуата­ ции. Надежность, которая свойственна данному изделию, может быть и не реализована из-за этих факторов.

Для правильного направления работ по повышению на­ дежности изделий большое значение имеет теория надеж­ ности, т. е. научная дисциплина, которая изучает общие методы определения и повышения надежности изделия при их конструировании, производстве, контроле, хранении и эксплуатации. Теория надежности позволяет:

вычислить величину надежности изделия как функцию времени;

изыскать и обосновать конкретные способы повышения надежности изделий при их изготовлении, а также поддер­ жания надежности при эксплуатации и хранении;

разработать способы контроля надежности изделий и их испытаний на надежность;

разработать способы прогнозирования возможных отка­ зов изделия, профилактических (регламентных) работ, а также способы и режимы ускоренных испытаний изделий на надежность.

В области профилактики отказов теория надежности позволяет оценить среднее время восстановления изделий, необходимую частоту профилактических ремонтов и тре­ бующийся запас элементов во время эксплуатации. Послед­ нее обстоятельство имеет важное значение для правильно­ го материального снабжения запасными узлами и элемен­ тами, предназначенными для ремонта радиоэлектронной ап­ паратуры.

Изучение многих физических явлений, в том числе й возникновения отказов, показывает, что их закономерности нельзя установить в результате единичного эксперимента и что они проявляются лишь при массовых повторениях опы­ та. Оценку таких явлений, представляющих собой случай­ ные события, производят по их вероятности возникновения методами математической статистики.

Вероятностные расчеты, основанные на реально сущест­ вующих закономерностях, обладают достаточно высокой для технического анализа достоверностью. Именно поэто­ му теория вероятности и является научной основой расчета надежности изделий.

В настоящем пособии не представляется возможным из­ лагать курсы теории вероятностей и математической стати­ стики. Предполагается, что читатели знакомы с их основа­ ми и имеют представления о функциях распределения слу­ чайных величин и их числовых характеристиках.

Теория надежности позволяет конструктору анализиро­ вать и рассчитывать на предварительных этапах разработки возможную надежность будущего изделия (априорный ана­ лиз). При этом необходимо использовать некоторую мате­ матическую модель, основанную на аналитически выражен­ ных связях между параметрами элементов изделия и вели­ чинами их надежности. Это позволяет обнаружить те эле­ менты, отказ которых может в первую очередь определить выход из строя изделия в целом.

Последующий этап (апостериорный анализ) основан на опыте испытаний и эксплуатации изделия. При этом ис­ пользуется физическая модель или непосредственно образ­ цы изделия. Такой анализ позволяет определить статистичес­ кие данные надежности, которые тем яснее, чем больше число опытов. Установив эти зависимости, можно вычис­ лить из них новые закономерности, имеющие лучшее при­ ближение к истинному результату, нежели первоначальные. При этом, пользуясь характеристиками вероятностей прос­ тых событий, можно вычислить вероятности более сложных событий. При этом необходимо собирать статистические данные об отказах изделий и обрабатывать эти данные ме­ тодами математической статистики с тем, чтобы обосновать рекомендации по повышению надежности изделий. Крите­ рием правильности таких рекомендаций является их прак­ тическая проверка, т. е. сбор статистических данных об от­ казах уже улучшенных изделий. Отсутствие статистических

18

* # * И С Э » ч .. л Т . ОН*» Ѵ А«

Г л а в а 2

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Надежность. В отличие от определения этого термина, которое было дано в первой главе, существует более широ­ кое определение, а именно: надежность — это свойство из­ делия, обусловленное его безотказностью, ремонтопригод­ ностью и долговечностью, обеспечивающее сохранение эксплуатационных параметров изделия в заданных преде­ лах. В этом определении предусматривается дополнитель­ ный признак — ремонтопригодность, т. е. свойство восста­ навливаемости изделия, связанное с обнаружением и уст­ ранением отказов, а также их предупреждением, чтобы обеспечить готовность изделия к использованию по назна­ чению. Другой дополнительный признак—это долговеч­ ность, т. е. общая длительность эксплуатации изделия до изнашивания за вычетом времени ремонта.

Частота отказов. Чтобы характеризовать скорость из­ менения функций Р и Q в единицу времени, пользуются понятием частоты отказов a(t). При испытании А/о числа изделий на непрерывную работу в интервале времени At частота отказов — это число п изделий, отказавших в еди­ ницу времени, отнесенное ко всему числу испытуемых из­ делий

уменьшается. Формула (2-1) дает тем более точный резуль­

надежности. Покажем это на примере. Предположим, что

20

при некоторых испытаниях частота отказов остается по­ стоянной, т. е. в равные интервалы времени выходит из строя одинаковое количество изделий. Пусть, например, при испытании 1000 изделий через каждые 100 часов выхо­ дят из строя в среднем 20 изделий и, следовательно, часто­

та отказов а(і)— const составит величину 2-Ю- 4 — - Из

[час]

этого можно сделать вывод, что надежность изделия якобы одинакова во времени. Однако, если в первый интервал вышло из строя 20 изделий из 1000, то в последний — 20 изделий из двадцати. Следовательно, на самом деле на­ дежность изделия не постоянна во времени и для послед­ него интервала она во много раз меньше, чем для первого. Поэтому для характеристики надежности изделия пользуют­ ся другим понятием, а именно величиной интенсивности, или опасности отказов.

Интенсивность отказов — это отношение числа п отка­ завших изделий в единицу времени к числу безотказно ра­ ботающих изделий jVc p в данный момент времени. Интен­ сивность отказов обозначается индексом X(t) и часто назы­ вается ^-характеристикой. Размерность величины интенсив­ ности отказов — . Пои статистических испытаниях по

час

соответствующей методике No числа изделий на непрерыв­

При этих испытаниях отказавшие изделия не заменяют­ ся и не ремонтируются. Следовательно, число испытуемых изделий уменьшается, в силу чего Ncv — функция времени.

Для получения более точного значения %* время испы­ таний делится на интервалы àU, в течение каждого из ко-

21